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문제 정의
- 본 연구는 면, 모달, 키토산 섬유의 혼방타월을 개발하고 쑥으로 염색하여 친환경기능성 타월소재로의 유효성을 조사하였다. 혼방타월의 쑥에 대한 염색성을 검토하였으며 기능성을 측정하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 본 연구에서는 면, 모달, 키토산 섬유의 혼방타월을 개발하고 쑥으로 염색하여 친환경기능성 타월소재로의 활용가능성을 조사하고자 하였다. 혼방타월의 쑥에 대한 염색성을 검토하였으며 기능성을 측정하여 기존의 면100% 타월과 비교하여 평가하였다.
제안 방법
- SEM(scanning electron microscope, JSM-5400, JEOL Inc., Japan)을 이용하여 C-M-CH 원사의 면, 너도밤나무 및 키토산섬유 혼합상태를 800배로 관찰하였다. 또한 원사의 특성을 분석하기 위해FT-IR Spectrum one(Perkin Elmer, USA)을 이용하여 ATR법으로 측정하였다.
- 쑥으로부터 물 추출한 색소를 분말화하여 사용하였으며, 쑥 색소분말농도, 염색온도, 염색시간 등의 실험조건과 매염에 따른 염착성과 색상변화를 조사하였다. 또한 염색견뢰도, 항균성, 소취성 등을 평가하고 유효성을 검토하였다.
- ), 온도 40～100℃로 변화시키면서 염색하였다. 매염처리는 시료를 색소농도 3%(o.w.b.), 80℃,욕비 1:100에서 60분간 염색한 다음 Al와 Cu의 농도2%(o.w.b.), Fe의 농도 4%(o.w.b.)로 하여 욕비1:100, 온도 40℃에서 60분간 후매염 하였다.
- 색채변화는 CIELAB 표색계에 의한 명도지수 L＊, 색좌표 지수인 a＊, b＊값과 색상(Hue), 명도(Value),채도(Chroma)값을 측정하여 표시하였다. 또한 일광에 의한 색상변화를 알아보기 위해 다음 식(2)에 의하여 색차를 구하였다.
- 소취성은 가스검지관법을 이용하여 측정용기에 암모니아가스를 직접 떨어뜨리는 방법으로 측정하였다. 시료의 흡수성과 속건성은 각각 시료의 흡수속도(KS K 0815 A법)와 시료의 건조속도(KS K 0642)를 측정하여 평가하였다.
- 쑥 100g을 추출기(E-2T, BK, Korea)에 넣고 증류수 2L를 혼합하여 100℃의 온도로 2시간동안 1차 추출을 실시하고, 1차 추출이 완료되면 추출액만을 따로 여과하여 회수하고 다시 증류수 2L를 추가하여 2차로 동일한 조건에서 추출을 실시하였다. 1차 추출액과 2차 추출액을 혼합한 후 동결건조시켜 분말화하였다.
- 혼방타월의 쑥에 대한 염색성을 검토하였으며 기능성을 측정하여 기존의 면100% 타월과 비교하여 평가하였다. 쑥으로부터 물 추출한 색소를 분말화하여 사용하였으며, 쑥 색소분말농도, 염색온도, 염색시간 등의 실험조건과 매염에 따른 염착성과 색상변화를 조사하였다. 또한 염색견뢰도, 항균성, 소취성 등을 평가하고 유효성을 검토하였다.
- 혼방타월의 쑥에 대한 염색성을 검토하였으며 기능성을 측정하여 기존의 면100% 타월과 비교하여 평가하였다.
대상 데이터
- 8% 혼방타월(이하 C- M-CH타월)을 사용하였으며 시료의 특성은 Table 1과 같다. C-M-CH타월에 사용된 C-M-CH 원사는 면 40%, 모달 57%, 키토산 3%로 조합되었으며 30수 2합사로 사용되었다. 같은 조건에서 제직된 타월이지만 C-M-CH타월이 면타월에 비해 더 가볍고 얇았다.
- 사용된 시료는 면 100%타월(이하 면타월)과 면 64%, 모달 34.2%, 키토산 1.8% 혼방타월(이하 C- M-CH타월)을 사용하였으며 시료의 특성은 Table 1과 같다. C-M-CH타월에 사용된 C-M-CH 원사는 면 40%, 모달 57%, 키토산 3%로 조합되었으며 30수 2합사로 사용되었다.
- 염재는 강화에서 채취하여 건조한 쑥을 사용하였으며, 매염제 알루미늄(AIK(SO4)2·H2O), 구리(CuSO4.5H2O), 철(FeSO4·7H2O) 등은 1급 시약으로 그대로 사용하였다.
이론/모형
- , Japan)을 이용하여 C-M-CH 원사의 면, 너도밤나무 및 키토산섬유 혼합상태를 800배로 관찰하였다. 또한 원사의 특성을 분석하기 위해FT-IR Spectrum one(Perkin Elmer, USA)을 이용하여 ATR법으로 측정하였다.
- 색차계(Color-Eye 3100, Macbeth, Germany)를 사용하여 D65광원, 10˚시야 조건에서 λmax(400 nm)에서 시료의 표면반사율을 측정하여 다음의 Kubelka Munk식(1)에 의해 염착량을 평가했다.
- 세탁견뢰도는 launder-O-meter를 사용하여 KS K ISO 105 C10 A-1법, 마찰견뢰도는 crock-meter를 사용하여 KS K 0650법, 땀 견뢰도는 AATCC perspiration tester를 이용하여 KS K ISO 105 D01법, 드라이클리닝견뢰도는 launder-O-meter를 사용하여 KS K 0644법, 일광견뢰도는 fade-O-meter를 이용하여 KS K 0700법에 준하여 측정하여 쑥의 천연염색 재료로서의 효용성을 검토하였다.
- 소취성은 가스검지관법을 이용하여 측정용기에 암모니아가스를 직접 떨어뜨리는 방법으로 측정하였다. 시료의 흡수성과 속건성은 각각 시료의 흡수속도(KS K 0815 A법)와 시료의 건조속도(KS K 0642)를 측정하여 평가하였다.
- 항균성은 KS K0693에 준하여 황색포도상구균(Staphylococcus aureus, ATCC 6538)의 공시균에 대하여 균감소율을 평가하였으며, 균감소율은 다음 식(3)에 의해 계산하였다.
성능/효과
- 1. 같은 조건으로 제직된 C-M-CH타월은 면타월보다 가볍고 두께가 더 얇았다.
- 2. 면타월은 염색온도와 색소농도가 높아짐에 따라 염착성이 증가하였으며, 염색시간 100분 이후에는 염착량이 증가하지 않았다.
- 3. 면타월과 C-M-CH타월의 매염에 의한 색차(△E*)는 Fe> Cu> Al 순으로 증가하였다.
- 4. 쑥 염색 후 황색포도상구균에 대해 면타월은 86.2%, C-M-CH타월은 99.9%의 균감소율을 보였다.
- 5. C-M-CH타월은 소취성, 흡수성, 속건성이 면타월보다 더 우수했다.
- 면타월과 C-M-CH타월의 매염에 의한 색차(△E*)는 Fe> Cu> Al 순으로 증가하였다. 매염처리에 적색과 황색기미가 증가하고 색이 더 어두워졌으며,특히 Fe 매염시 명도와 채도가 현저히 저하하였다.
- 면타월과 C-M-CH타월 모두 미매염 염색타월에 비하여 Al, Cu 및 Fe 매염시에 염착량의 증가로 인해 색상이 어두워졌음을 알 수 있으며, Al 및 Cu 매염시 약간의 적색기미가 증가하는 경향을 나타내었고, Al와 Cu 매염시 현저히 Fe매염시에 약간의 황색기미의 증가를 나타내었다.
- ), 염색온도 80℃에서 염색하였을 때 염색시간에 따른 염착량의 변화를 Figure 5에 나타내었다. 면타월은 염색시간이 길어짐에 따라 쑥색소의 염착량은 완만하게 증가하다가 염색시간 120분에는 K/S값(1.91)이 오히려 감소하였다. C-M-CH타월은 염색시간 40분에서 K/S값이 2.
- 면타월의 경우 Fe> Cu> Al 순으로 염착량이 좋았으며, C-M-CH타월의 경우는 Al> Cu> Fe 순으로 염착량이 좋아 면타월은 Fe과 C-M-CH타월은 Al과의 친화력이 가장 큰 것으로 나타났다.
- 염색하지 않은 일반 면타월의 높은 균감소율은 의외의 결과였으나 그 원인을 찾기 어려웠다. 쑥 염색 후 면타월은 균감소율이 86.5%로 약간 감소하였으며, C-M-CH타월은 차이가 없었다. 이 결과는 항균성에 있어서 쑥 염색에 의한 의미있는 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 4%로 C-M-CH타월의 소취성이 약간 높았으며 C-M-CH타월의 소취효과의 기능성을 확인하였다. 쑥 염색한 면타월과 C-M-CH타월에서도 각각 97.3%와 99.5%로 C-M-CH타월의 소취성이 약간 좋아 쑥은 소취성능을 향상시키기 좋은 염재로 판단되었다.
- Table 6은 염색 전 면타월과 C-M-CH타월, 쑥색소로 염색한 면타월과 C-M-CH타월의 소취성을 측정한 결과이다. 염색 전 면타월과 C-M-CH타월의 소취율은 각각 77.1%와 80.4%로 C-M-CH타월의 소취성이 약간 높았으며 C-M-CH타월의 소취효과의 기능성을 확인하였다. 쑥 염색한 면타월과 C-M-CH타월에서도 각각 97.
- 염색 전 면타월과 C-M-CH타월의 흡수속도는 각각8초와 1초미만으로 C-M-CH타월의 흡수성이 우수하였으며, 건조속도는 각각 540분과 418분으로 C- M-CH타월이 면타월보다 120분 이상 더 빨리 건조되어 모달의 혼방에 의해 속건성이 증진되었음을 알 수 있었다. 타월의 필수조건인 물을 잘 흡수하고 빨리 건조되어야 하는 점18)을 고려하면 면섬유로만 구성하는 것보다는 C-M-CH타월과 같이 혼방한 경우에 타월의 용도로 더 적합하다고 사료된다.
- 염색온도 40℃에서 면타월과 C-M-CH타월의 K/S값은 1.79와 2.44, 60℃에서 K/S값은 각각 1.86과 1.89, 80℃에서의 K/S값은 2.18과 2.37, 100℃에서 K/S값은 2.91과 2.21로 면타월은 염색온도가 증가할수록 염착량은 증가하는 경향을 나타냈으나 C-M-CH타월은 염색온도 40℃에서 최대 염착량을 나타냈고 80℃이후 그 이상의 온도에서는 큰 증가를 나타내지 않았다.
- 염색한 면타월과 C-M-CH타월은 색감각지수 a의 경우, ‘-’값을 나타내어 녹색기미를, 색감각지수 b의 경우 ‘+’값을 나타내어 황색기미를 나타냈으며, 염색한 면타월과 C-M-CH타월을 비교하면 면타월이 C-M-CH타월에 비해 색상(면-3.2Y, C-M-CH-2.3Y), 명도(면-6.8, C-M-CH-6.1) 및 채도(면-2.5, C-M-CH-1.8)가 높았다.
- 일광견뢰도의 경우 4등급으로 우수하였으며, 드라이클리닝 견뢰도 변퇴색은 3～4등급의 양호한 견뢰도를 나타내었으며 세탁견뢰도는 변퇴색에 있어 2～3등급으로 양호, 오염의 경우 4～5등급으로 우수한 견뢰도를 보였다. 마찰견뢰도의 경우도 4～5등급으로 우수하였으며, 땀견뢰도의 경우는 오염에 있어서 3～4등급으로 양호하였으며 변퇴색에 있어서 4～5등급이었다.
- 혼방타월에 사용된 C-M-CH원사(모달 57%, 면 40%, 키토산 3%)의 단면을 전자현미경으로 관찰(Figure 1)한 결과, 중공이 있는 면섬유, 불규칙한 단면의 모달섬유, 장방형의 키토산 섬유를 확인하였다. C-M-CH원사의 구성성분을 확인하기 위한 FT-IR스펙트럼을 분석하여 Figure 2에 제시하였다.
후속연구
- 이상의 결과로부터 쑥으로 염색한 면, 모달, 키토산섬유의 혼방타올은 항균소취기능이 우수하고 흡수성과 속건성이 좋은 친환경기능성 타월소재로의 활용가능성이 매우 높다고 판단된다.
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